压力容器的分析设计
压力容器设计分析模型方案
压力容器设计分析模型方案1问题分析本次分析是针对换热器标准椭圆形封头（S30408）开孔进行分析。
图1 部件图筒体内径D i=850mm，壁厚t=12mm；标准椭圆形封头内径D i=850mm，壁厚t=12mm；在椭圆封头顶端开孔，且接管尺寸为φ524×20mm，筒体侧面开孔尺寸DN=50mm，且距离筒体上端部为250mm。
根据GB150-2011第152页得，凸形封头D i，得本模型中最大开孔应为425mm，显然不符合或球壳上开孔最大直径d≤12GB150-2011的规定，因此不能采用常规设计。
则应按照JB4732-95进行分析设计，我们可以通过有限元建立模型进行应力评定。
在筒体上有一个开孔，对于一般钢材泊松比v=0.3，应力衰减长度x=2.5√Rt=178.54mm<250mm,因此在利用ansys建模时可以忽略其应力影响。
通过观察发现本模型可以采用对称型建立模型，同时在接管顶端施加端面平衡载荷P c=pD i2,其中内压p=1.6MPa。
(D i+2t)2−D i22基本参数2.1 设计参数由模型总图得管程设计压力p=1.6MPa，设计温度为-10~130℃，取T=130℃。
取筒体长度L=500mm，标准椭圆形封头直边段L1=25.5mm，大开空接管外伸长度L2=212mm，接管倒角R=5mm。
2.2 材料参数由GB150-2011和JB4732-95标准，查得S30408不锈钢在该温度下材料性能参数如下：根据GB150-2011第84页插值得：E130℃=187GPa根据GB150-2011第49页插值得：[σ]130℃=137MPa根据JB4732-95表6-2钢材的设计应力强度，通过插值得到相应设计温度下的S30408材料的设计应力强度为：σs20℃=205MPa；厚度为3~60mm时，S m130℃=137MPa3有限元建模3.1几何模型简化选用plane183单元，在options中K3设置Axisymmetric，建立几何模型。
压力容器的常规设计和分析设计
科 技 圈 向导
２１年第 ２ 期 ０２ ｌ
压力容器的常规设计和分析设计
高 峰 ｆ 矿 煤 化 工 程有 限公 司 山东 兖
【 摘
兖州
２２ Ｏ ） ７ １ ０
要】 当前 ， 分析设计 目前 已成为压 力容 器的重要设计方 法。 文首先 阐述 了压力容器分析设计与常规设计的不同。 本 然后 分析设 计中应
形 而破坏 。一次应力又分总体薄膜应力 、 一次弯 曲应力 和局部 薄膜应 力 例如承受内压圆筒 的器壁 中的环 向应力 即为 总体薄膜应力： 平封 头或 顶盖 中央部分在 内压作用下产生 的应力 即为 一次弯曲应力： 壳体 在 固定支座或接管处 由外载荷和力矩产生的应力为局部薄膜应力 ： 二 是二次应力 。 二次应力是 由于容器部件的 自身约束或相邻部件 的约束 而产 生的正应 力或剪应力。它 的基本特点具有 “ 自限性 ” ， 即局部屈服 和小量变形 就会使约束缓 和 、 变形协调 ． 只要不反复加载 ， 二次应力不 会引起容器结构破坏 ： 三是峰值应力 峰值应力是 因局部结构不连续 １常规设计与分析设计 ． 它具有最高 的应力值 它的基本特 过去压力容器及其部件 的设计基本上属于常规设计 ． 我国现在执 或形状 突变 引起 的局部应力集 中。 自限性” 局部性”峰值 应力不会 引起容器 明显 的变形 和“ ， 行 的相应的设计规范是《 钢制压力容器） ｉ Ｓ — ９ １ 常规设计的特 点具有“ ） ｎ ０ （ Ｇ ８。 ３常 规设 计 和 分 析 设 计 比较 ． 点是： 简体及其部件 的应 力不 允许超过弹性范围 内的某一许用 值 如 果达到这一要求 ． 为筒体或部件就是 比较可靠 的 这样做 比较简 即认 常规设计是一种简单易行的传统设计方法． 而分析设计则不 同． 它 单． 以现成 的设 计公 式及 曲线为依 据 ． 多年来 一直按这样 的方 法进行 需要详尽 的应力分析报告为依据 需要近代 的分析计算 工具和实验技 设 计。 然而 ， 这种方法 比较粗糙 ． 许多重要因素都 未考虑进去 。以内压 术为手段， 因而提供 了充分的强度数 据对 新工艺 、 新材料 、 新结构 和新 圆筒为例 ， 常规设计 时只考虑薄膜应力 ， 在 至于 温差应力 、 边缘应力以 工况更具科 学性 和可靠性 分析设计提高 了许用应力． 降低了安全系 及 交变应 力引起 的疲劳等 问题均未考虑 所 以在规范 中 ． 为了保证容 数 ３ 多年来 的实际运行表 明： Ｏ 采用分析设计的容器安全 可靠． 且具有 器 的安全可靠在设 计中就采用 了较高 的安全 系数 。最早 的安 全系数 经济 胜； 与常规设 计相 比， 可节省材料 ２ ％～ ０ 在一定程 度上有效减 ０ ３ ％． ｎ ５ ４ 年代末改为 ｎ ４ 这样做实 际上是企 图以高 的安全系数来包罗 少制造加工量 、 ： ．０ ＝。 降低运输费用 但对 于选 材 、 制造 、 检验和验收规定 了 各 种因素 的影 响． 存在一些 问题 比常规设计更为严格的要求 下面是 常规设计与分析设计的对比 近年来 ， 由于锅 炉、 石油 、 化工 等行 业 的发展 ， 压力容器设计 参数 ① 比较项 目： 设计准则。 常规设计 ： 弹性失效 ： 只允许存在弹性变 提高． 使用条件也越来 越苛刻 ． 如果 单纯依靠提高 安全系数 的办法来 分析设计 ： 弹性失效 ＇ 塑性失效 ； ｊ 单 允许 出现 局部 的、 可控制 的塑性变 保 证强度 ． 导致设计变得不合理 。 会 为了防止这种现象 的发生 ． 我们在 形 （． １ 极限载荷（ 一次加载 ２安定 载荷反复加载） ． 。 结构型式 与材料方 面采取相应措施外 ． 还必须从设计观 点和设 计方法 ② 比较项 目： 载荷 。 常规设计 ： 静载荷 。 分析设计 ： 静载荷 、 交变载 上加以改进和发展 目前世 界上一些先进 的国家都在运用应力分析方 荷 。 法 ． 国也 于 １９ 年颁 布 了ｆ 我 ９５ 钢制压 力容器一一 分析设计 标准） Ｂ ７ （ ４ Ｊ ③ 比较项 目： 分析方法。 常规设计 ： 薄膜理论 、 材料力学方法 、 简化 犯 一 ９ ） 要求把零部件 中的应力较为准确地设计 出来或用应 力测试 公式加经验 系数 。分析设计 ： ５． 弹性或塑性力学分析ｆ 理论方 法、 数值方 法 测定 出来 。其次是引入 了极 限分析与安定性分析 的概念 ， 对求得的 法 、 实验方法）板壳理论 。 、 应力 加以分类和加 以限制 ④ 比较项 目： 应力评定。 常规设计 ： 应力不分类 、 同一 的许用应力 、 分析设计和常规设计 的主要 区别如下： 用第一强度理论 、 基本安全系数较大 。分析设计 ： 力分类 、 应 用应力强 用第 基本安全系数较小。 ①分 析设计 比常规设 计在选材 、 结构 、 设计 、 制造 、 检脸和使 用等 度对各类应力进行评定 、 三强度理论 、 方 面都提 出了较高 的要求和较多的限击峰件。 ⑤ 比较项 目： 材料。 常规要求 。 分析设计 ： 质、 优 延性好 、 性能稳定 ②分析设计考虑容器低循环疲劳失效 。 而常规设计并未包 括疲劳 ⑥ 比较项 目： 制造 、 检验。 常规设计 ： 常规要求。 分析设计 ： 整体 陛、 连续性 、 相贯处光滑过渡 、 全焊透、０ ％ １０ 探伤 。 分 析。 ③分 析设计考虑疲劳分析时要求详细计算温差应力 ． 而常规设计 分析设计方法虽然合 理而先进－ 却需要进行大量 复杂的分析计 ｆ 旦 除个 别元件外一般无此要求 算． 需要计算机 才能完成， 因而提高 了设计 费用 和时间， 以。 所 只有当设 ④ 分析设计采用最 大剪应 力理论 ． 而常规设计 ． 最大主应 力 计高参数 、 采用 重要的容器时才 采用这种方法 。但有些容器必须采用分析 理论 。 设计而无其 它选 择 对 一般的常规容器． 长期的实践证 明采用传 统的 ⑤ 分析设计原则上要 求对容器元 件各个部位 的应力进行详 细计 常规设计方法完全可以满足容器 的安全性。 如采用 分析设 计方法． 虽然 算 ． 根据各种应力对 元件失效所起不 同的作用予 以分类 ． 并 然后对 不 节省部分钢材， 却提高了设计 、 制造 费用， 实际上是不合算的。 因而美国 同类别 的应力采用不同的应力校核条件加以限制。 而常规设甘一般不 Ａ Ｍ Ｓ Ｅ规范 同时规定 了上述两种设计准则 ’ 我国也颁 布了 Ｇ １０ １９ Ｂ５— ９８ 计算 某些 局部应力 ． 针对具体结构 引人 不 同的结构 系数 ． 仅 也不对应 《 钢制压 力容器》 Ｊ ４ ３ — ５ 钢制压力容 器—— 分析设计标准 》 和 Ｂ ７２９ 《 ， 根 力进行分类 。 据不 同情况进行不同选择 分析设计是一个整体。 计准则的不 同． 设 要 求与之配套 的一 系列规 范和措 施也不同， 包括材料选用 、 制造工艺 、 检 ２分 析 设计 中应 力分 类 及 其 应 用 ． 分析设 计涉 及了各种可能失效模式 中一些 主要 的失效模式 ， 计 验要求 、 程序 、 制造资格 等方面 ； 常规设计 方法 简单易行， 设 计算 设计 而 具 但 根据 所考虑 的失效模 式 比较详 细地 计算 了容器及受 压元件 的各 种应 有丰 富的使用经 验， 有时却无法解释压力容器 出现 的一些事 故 所 设计者应 根据实践 经验， 经济 通过 力 ． 根据各种应力本身 的性质及对失效模 式所起的不同作用予 以分 以 常规设 计和分析设 计不能混用 ， 并
压力容器设计：技术策略与方案深度分析
压力容器设计：技术策略与方案深度分析压力容器（Pressure Vessel）是一种普遍应用于工业领域的设备，它可以承受高压、高温等极端条件下的工作环境。
随着科技的不断发展，人们对压力容器的要求也越来越高，需要设计出更加稳定、可靠、安全的压力容器。
本文将就压力容器设计的技术策略与方案进行深入分析，并通过2023年的前瞻展望，展望未来压力容器领域的发展趋势。
一、压力容器设计中需要考虑的因素压力容器设计需要考虑的因素有很多，包括但不限于以下内容：1.材料选择压力容器的材料选择直接关系到容器的牢固程度和承载能力。
一般来说，压力容器可以采用不锈钢、合金钢、钛合金等材料。
2.结构设计良好的结构设计可以提高压力容器的抗压性能。
设计包括容器壳体结构形式、截面形状和尺寸、孔口的设置和布局等方面。
3.制造工艺制造工艺是保证压力容器制造质量和使用寿命的重要因素。
制造工艺包括热处理、造型、焊接、压力测试等过程。
4.使用环境压力容器的使用环境是影响容器使用寿命的关键因素，需要考虑温度、压力骤变等外界因素。
二、大规模工业制造对压力容器设计的影响随着制造业的不断发展，越来越多的企业开始使用大规模工业制造方法来生产压力容器。
大规模工业制造在提高生产效率的同时也加大了压力容器的制造难度。
这就需要在设计压力容器时更加注重规范标准和精细化技术。
为了保证生产效率和质量，压力容器制造需要遵循相关标准规范，例如ASME BPVC、EN 13445、GB 150等。
在设计过程中，应遵循相关标准规范，保证压力容器在材料选择、结构设计、制造工艺、压力测试等方面的安全性和可靠性，从而保障使用过程中的安全。
在大规模工业制造下，压力容器制造除了考虑工艺上的难点，还需要更高的自动化技术和专业化生产设备。
尤其在焊接技术方面，自动化水平提高将有利于提高生产效率，减少制造误差。
三、未来的压力容器设计趋势未来压力容器设计趋势主要表现在以下几个方面：1.轻量化设计轻量化设计是未来压力容器设计的一个重要趋势。
压力容器分析设计分析
1 问题描述利用ANSYS软件对压力容器用标准椭圆形封头和半球形封头进行应力分析，并沿着压力容器轴向方向绘制笛卡尔坐标系下X、Y、Z方向应力曲线，三个主应力曲线以及第一强度理论，第三强度理论、第四强度理论计算方法下的应力理论值和应力曲线。
相关参数：筒体内径：400mm，筒体长度为1000mm，筒体、封头厚度均为5mm，材料弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，内压P=1MPa。
2 建模过程：单元选取：本题研究的是薄壁压力容器，对于薄壁结构，最好是选用shell单元，shell单元可以减少计算量。
而且，如果选实体单元，薄壁结构承受弯矩的时候，如果在厚度方向的单元层数太少，有时候计算结果误差比较大，反而不如shell单元计算准确。
材料特性：ANSYS 结构分析材料属性有线性 (Linear)、非线性 (Nolinear)、密度(Density)、热膨胀 (Thermal Expansion)、阻尼 (Damping)、摩擦系数 ( Friction Coefficient)、特殊材料 (Specialized Materials) 等七种。
本题选取材料模型为线弹性材料，材料参数E=206GPa，μ=0.3。
几何建模：本题采用实体建模，该方法适合于复杂模型，尤其适合于3D实体建模，需人工处理的数据量小，效率高。
允许对节点和单元实施不同的几何操作，支持布尔操作（相加、相减、相交等），支持ANSYS优化设计功能，可以进行自适应网格划分，可以进行局部网格划分，便于修正与改进。
本题采用的是从下往上的建模方式。
先建立点，再连线画圆，然后将线沿轴线旋转，得到压力容器模型，上封头为标准椭圆形封头，下封头为球形封头。
网格划分：对有限元分析，ANSYS有四种网格划分方法，自由网格划分、映射网格划分，延伸网格划分和自适应网格划分。
本题采用自由网格划分，自由网格划分功能十分强大，没有单元形状的限制，网格也不遵循任何的模式，因此适用于对复杂形状的面和体网格划分。
压力容器的设计问题分析
压力容器的设计问题分析摘要：本论文旨在对压力容器的设计问题进行分析，并探讨相关的挑战和未来发展方向。
首先介绍了压力容器的定义、分类和设计原则，以及力学性能要求。
然后详细讨论了材料选择与应力分析、结构设计与优化、焊接和连接技术，以及压力容器的安全性评估和监测等关键问题。
在现有问题和挑战方面，指出了安全性问题、材料选择和性能、环境影响以及监测与维护等方面的挑战。
本论文的研究有助于同业者更好地理解和解决压力容器设计中的问题，提高其安全性、可靠性和可持续性。
关键词：压力容器，容器设计，问题分析，探讨1压力容器设计的基本原理1.1 压力容器的定义和分类压力容器是指能够承受一定的内外压力，并用于储存、运输或处理液体、气体或多相物质的设备。
它们通常由金属或合金材料制造而成，具有一定的强度和密封性能。
现如今，压力容器广泛应用于化工、石油、能源、制药、食品等不同的领域。
根据结构和功能特点的不同，压力容器可分为以下几类：（1）容器类型：常见的容器类型包括储罐、反应器、分离器、换热器等等。
（2）压力等级：根据承受的压力范围，压力容器可分为低压容器、中压容器以及高压容器。
（3）安装位置：压力容器可以分为立式容器、卧式容器和倾斜式容器，根据实际需要安装在不同位置和方向上。
1.2 压力容器设计的基本原则和流程压力容器设计需要遵循以下基本原则和流程：（1）确定设计条件：确定容器的工作压力和温度等不同的设计条件，并根据相关规范和标准进行选择。
（2）材料选择：根据设计条件、介质性质和环境要求选择合适的材料，比如常用的钢材、合金材料等等。
（3）结构设计：设计容器的结构形式、壁厚、尺寸和连接方式等，以满足强度、刚度和泄漏要求。
（4）强度校核：进行容器的应力分析和强度校核，确保设计的容器在工作条件下具有足够的强度和稳定性。
（5）密封性设计：确保容器具有良好的密封性能，防止泄漏和安全隐患的发生。
（6）监测和维护设计：考虑容器的监测和维护手段，以保证容器安全运行和使用寿命。
压力容器分析设计基础课件
18MnNiMoNbR
≥27J
6 可否使用非压 p ≤1.0MPa, t=0-350 ℃ 力容器用钢板 δ≤16mm,可用A3或阿AY3
7 可否使用沸腾 p ≤0.6MPa, t=0-250 ℃
钢板
δ≤12mm,可用A3F或AY3F
σb ≤450MPa ≥20J >450-515MPa ≥24J >515-590MPa ≥27J >590-650MPa ≥31J 不可
差
20mm<L≤30mm,允差1/1000
7 接管底部要求 没有规定
内表面转角半径r≥1/4壳厚， 且不大于20mm
对于插入接管， r≥1/4管厚， 且不大于10mm
8 对焊缝的接头 按施焊方法与焊缝深δ规定 考虑材料因素与焊缝深度δ规
余高
余高。例如手工焊， 25mm<δ≤50mm余高0-3mm δ>50mm,余高0-4mm
定余高，例σb>540MPa, 25mm<δ≤50mm,余高0-10%δ,
且≤3mm; δ>50mm,余高≤3mm
9 焊接接头表面 裂纹、气孔、弧坑、夹渣； 裂纹、气孔、咬边、弧坑、夹 不应有的缺陷 除规定材料不得咬边外，其 渣 他咬边深≤0.5mm，长 ≤100mm，两侧咬边总厂度 不得超过焊缝长度的10%
➢ 由于不考虑可变载荷对容器各个部位引起不同的应力与变 形，故无法进行疲劳分析和预计寿命，亦不能推测失效起 源于何处。
➢ 弹性失效并不表明容器的承载能力已经耗尽。不同性质的 应力取同一应力评定判据是不合理的，这对设计复杂结构 的大型容器很不经济。而有效利用结构的塑性行为已被证 明是可行的。
➢ 取较高的安全系数无疑掩盖了失效的实质。其结果增加了 材料消耗和制造成本，而对容器安全有时适得其反。
低温压力容器的设计分析
低温压力容器的设计分析低温压力容器是指在低于零度的环境中工作的容器，通常用于存储和运输液态气体，液氮、液氧、液氩等均为常见的低温液体。
由于低温环境下物质的特性会发生变化，因此低温压力容器的设计必须考虑到这些因素，以确保容器在安全可靠地工作。
本文将对低温压力容器的设计要点和分析进行探讨。
一、设计要点1.材料选用2.结构设计3.绝热设计由于低温液体的蒸发潜热较高，容器内的温度会迅速下降，导致容器表面结霜。
为了减少热量的散失，提高容器的绝热性能是必要的。
可以采取增加绝热层厚度、使用保温材料等措施来提高容器的绝热性能。
4.安全阀设计低温液体具有较大的蒸气压，一旦容器内压力过高，就会导致容器爆炸。
因此，在设计中必须考虑安全阀的设置，确保在容器内压力超过设定值时能够及时安全地排放压力。
5.排水设计由于低温液体的存在，容器内部会有凝露水和结冰现象。
这些水汽会降低容器的强度和耐腐蚀性，因此必须设计合理的排水系统，定期排除容器内的凝露水和结冰。
6.储罐涂层为了保护容器免受腐蚀和低温影响，可以在容器表面涂上特殊的防腐涂层。
这些涂层能够增强容器的抗腐蚀性能，延长容器的使用寿命。
二、设计分析针对低温压力容器的设计，需要进行结构分析和性能测试，以验证容器的强度和安全性。
1.结构分析在设计初期，需要进行有限元分析等结构分析，评估容器的受力和变形情况。
通过模拟不同工况下的受力情况，确定容器的最大受力位置和最大应力值，以确保容器在工作过程中不会发生结构破坏。
2.强度测试设计完成后，需要进行强度测试，验证容器的最大承载能力是否符合设计要求。
常见的测试方法包括液压试验、氢氦试验、抗冲击测试等。
通过这些测试，可以验证容器的强度和安全性，确保容器在工作中不会发生泄漏或爆炸等情况。
3.低温性能测试设计完成后，还需要进行低温性能测试，评估容器在低温环境下的工作性能。
通过模拟低温环境下的工作情况，测试容器在不同温度下的性能表现，验证容器的低温抗裂性能和绝热性能。
压力容器设计与强度分析研究
压力容器设计与强度分析研究随着现代工业的不断发展，压力容器作为一种重要的设备，在许多工业领域发挥着重要的作用。
压力容器是指用于封装气体或液体的设备，其内部压力高于大气压力。
压力容器主要应用于石油化工、能源、化工、航空航天等领域。
首先，压力容器的设计至关重要。
在整个设计过程中，需要考虑许多因素，例如容器的尺寸、形状、承载能力等。
设计师需要根据使用环境和工作条件来选择合适的材料和结构。
此外，还需要遵循一系列国际标准和规范，确保容器的设计在实际运行中具有良好的可靠性和安全性。
在压力容器的设计中，其中一个重要的方面是强度分析。
强度分析是指对容器的主要应力和变形进行计算和评估。
通过强度分析可以确保容器在承受内外部压力的同时保持结构的稳定和完整性。
在进行强度分析时，需要考虑多种因素。
首先是容器的载荷计算，即确定所需承载力的大小。
载荷计算需要考虑到容器内外的压力、温度、材料特性以及各种工况下的加载情况，以确保设计的安全性和可靠性。
其次是材料的强度特性，包括材料的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性等。
通过对材料的强度特性进行分析和测试，可以更好地选择适合的材料，对容器进行设计和优化。
最后还需要考虑到容器的边界条件和约束条件，以及在容器使用过程中可能产生的各种外力和环境因素。
在进行强度分析时，可以利用各种计算方法和工程软件。
常用的方法包括有限元分析、应力强度法和层板理论等。
有限元分析是一种广泛应用的计算方法，它可以将复杂的结构分割成许多小的有限元进行分析，通过求解各个有限元的应力和变形，最终得出整个结构的应力分布和变形情况。
应力强度法是一种基于结构应力的分析方法，通过计算结构的应力强度因子，来评估结构的抗裂性能。
层板理论是一种应用于薄壁结构的计算方法，通过分析结构的层板应力和变形，来评估结构的强度和稳定性。
除了设计和强度分析之外，还需要对压力容器进行一系列的检验和测试。
这些检验和测试包括可视检验、射线检验、超声波检验、涡流检验等。
压力容器分析设计
(3) 部位C
内压在球壳与接管中产生的应力 (PL+Q)； 球壳与接管总体不连续效应产生的应 力(PL+Q)； 径向温差产生的温差应力(Q+F)； 因小圆角(局部不连续)应力集中产生 的峰值应力(F)。 总计应为(PL+Q十F)。 由于部位C未涉及管端的外加弯矩， 未涉及管端的外加弯矩 管子横截面中的一次弯曲应力Pb便不
一次应力 薄膜应力 一次总体薄 膜应力 (Pm)
一次总体薄膜应力是在容器 总体范围内存在的薄膜应力， 在容器筒体或封头在整体范 围内发生屈服后，应力不重 新分配 一次总体薄膜应力 新分配。 次总体薄膜应力 的一个实例 为承受内压的圆 柱形筒体。
一次弯曲应力(Pb) 一次局部薄膜 应力 (PL)
由内压或其他机械载荷 在结构不连续区产生的 薄膜应力和结构不连续 效应产生的薄膜应力。 一次局部薄膜应力的例 次局部薄膜应力的例 子有：在容器的支座或 接管处由外部的力或力 矩引起的薄膜应力. 由内压或其他机械 载荷作用而产生的 沿壁厚线性分布的 法向应力。典型实 例是平封头中部在 压力作用下产生的 弯曲应力.
7.2
压力容器的分析设计
压力容器的设计
常规设计
分析设计
GB150《 钢 制 压 力 容器》
JB4732 《钢制压力容器 ——分析设计标准》
一、概述 常规设计的局限性: （1）载荷性质
载荷 静载荷 交变载荷 常规设计 √ × 分析设计 √ √
（2）应力计算
应力计算 计算方法 研究的对象 常规设计 简单的公式计算 壳体 分析设计 解析法,数值法, 实验法 设备上的所有点
(1) 弹性失效设计准则 （韧性材料） ——将容器总体部位的初始屈服视为失效。 (2) 塑性失效设计准则 ——整个危险面屈服，极限设计。 (3) 爆破失效设计准则
压力容器设计方法分析对比
压力容器设计方法分析对比压力容器在化工、石化、工程机械等领域得到广泛的应用，而正确的设计是压力容器安全运行的基础。
本文将介绍三种常用的压力容器设计方法，并分析其各自的优缺点，以便应用者根据实际需求选用合适的设计方法。
1. ASME VIII-1 标准ASME VIII-1 标准是美国机械工程师学会发布的压力容器设计规范，适用于低压容器 (设计压力不大于 10MPa)。
该标准要求设计考虑容器的载荷、材料性能、焊接、校核、检验等各方面问题，并对各个部位的厚度、连接件的要求以及强度校核进行详细规定。
ASME VIII-1 标准以其全面、详细的设计要求而得到了广泛应用。
优点：•ASME VIII-1 标准设计要求全面、严谨，设计过程具有一定保障。
•认可度高，符合国际标准，可以接受国际认可。
缺点：•该标准要求详细、繁琐，需要对标准内容熟悉，且容器设计需要由认可的专业人员进行。
•需要经过审查与认证，过程较为繁琐。
2. CODAP 标准CODAP (Construction Operation Design of Pressure Vessels) 标准是欧洲标准委员会发布的压力容器设计规范，适用于设计压力不超过3000MPa 的容器。
通过规定基本要求、公差、厚度、防腐、焊接、检验、强度校核等方面的规范，保证了压力容器的安全性和可靠性。
优点：•CODAP 标准对压力容器的设计和制造过程提供了全面的规范，以保证容器在长时间的使用中保持良好的使用性能。
•该标准可以适用不同条件下的容器，使得设计者可以根据实际条件来选择不同的设计方案。
•CODAP 标准的认同度很高，在国际上具有广泛的通用性和识别度。
缺点：•该标准的设计过程繁琐，需要一定的设计经验和专业技能。
•CODAP 标准可能不适合一些非欧洲的国家，需要根据不同的国家标准进行认证。
3. CNS 三合标准CNS 三合标准是由中华民国国家标准局颁布的压力容器设计标准，适用于设计压力不超过 50MPa 的容器。
压力容器分析设计标准
压力容器分析设计标准
压力容器是工业生产中常见的设备，用于储存或加工压缩气体、液体或蒸汽。
由于其特殊的工作环境和功能，压力容器的设计、制造和使用需要严格遵守一系列的标准和规定，以确保其安全可靠地运行。
首先，压力容器的设计必须符合国家相关标准和规范，如《压力容器设计规范》GB150、《钢制压力容器》GB151等。
这些标准规定了压力容器的设计参数、结构要求、材料选用、焊接工艺、安全阀选型等方面的内容，确保了压力容器在设计阶段就具备了安全可靠的基础。
其次，压力容器的制造需要严格按照《压力容器制造规范》GB151中的要求进行。
制造过程中需要严格控制材料的质量、焊接工艺的可靠性、表面处理的完整性等，以确保制造出的压力容器符合设计要求，并且能够在实际工作中承受所需的压力和温度。
除了设计和制造阶段的标准要求，压力容器的安装、使用和维护也需要遵守相
应的标准和规范。
例如，在安装过程中需要保证容器的支撑结构稳固可靠，管道连接紧密无泄漏，安全阀和压力表的选型和安装符合要求。
在使用过程中需要定期进行压力测试和安全阀的调整，确保容器在正常工作范围内运行。
在维护过程中需要按照规定的周期进行检查和维护，及时发现并处理潜在的安全隐患。
总的来说，压力容器的分析设计标准涵盖了从设计、制造到使用和维护的全过程，这些标准的遵守是保证压力容器安全运行的基础。
只有严格按照标准要求进行设计、制造和使用，才能确保压力容器在工业生产中发挥应有的作用，避免因为安全隐患而导致事故发生。
因此，对于从事压力容器相关工作的人员来说，熟悉并遵守相关标准和规范是至关重要的。
压力容器结构特性分析与设计
压力容器结构特性分析与设计1. 引言压力容器作为一种用于储存或输送物质的设备，广泛应用于工业生产和民用领域。
设计和使用压力容器需要考虑其结构特性，确保其能够安全可靠地承受内外压力。
本文将对压力容器结构的特性进行分析与设计。
2. 压力容器结构特性压力容器的结构特性主要包括强度、刚度和稳定性。
在设计中，强度是最基本的要求，即容器在最大工作压力下不发生塑性变形或破坏。
刚度则确保容器在内外压力作用下不会产生过大的变形，从而保证其功能的正常发挥。
稳定性考虑容器在受到外力或其他扰动时的抗倾覆和抗滚动能力。
3. 强度分析与设计压力容器的强度分析与设计主要考虑容器壁的应力分布和薄弱点的强化。
采用有限元分析等方法可以得到应力分布情况，进而对壁厚进行选择和优化。
例如，对于圆筒形容器，应力最大的地方一般位于筒体与头部的交界处，因此可以适当增加这一区域的壁厚以提高强度。
4. 刚度分析与设计刚度分析与设计旨在确保容器在工作过程中不变形或过度变形。
一种常用的方法是通过增加支撑结构或加装支撑环使容器刚度增加。
另外，也可以通过优化容器的几何形状来增加其刚度。
例如，对于圆筒形容器，增加半径或者长度可以大幅提高刚度。
5. 稳定性分析与设计稳定性分析与设计主要考虑容器在受到外力或其他扰动时倾覆和滚动的问题。
通过合理的设计和选择支撑结构、引入抗滚环或抗倾覆支撑装置等手段，可以提高容器的稳定性。
此外，对于高压容器，还可以考虑采用多层壳体结构，增加容器的整体刚度和稳定性。
6. 材料选择与焊接技术材料选择对压力容器的结构特性至关重要。
通常选择具有良好的强度和耐蚀性的材料，如碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于一些耐高温或特殊介质的容器，还可以选择高温合金材料。
此外，焊接技术在容器的制造过程中也起到重要的作用，高质量的焊接可以提高容器的强度和密封性。
7. 结语压力容器作为一种重要的储存和输送设备，在设计和使用中必须考虑其结构特性，确保其安全可靠。
本文对压力容器结构的特性进行了分析与设计，并介绍了强度、刚度和稳定性的考虑要点。
压力容器分析设计方法和标准简介与比较
Ａ ａ ｓ － ｔｏ ａｅ ｎ ｓ ｅｓ ａｅ ｏｉｓ ｎ ｌ ｉ Ｍｅ ｄｂ ｓｄｏ ｔ ｓ ｃ ｔ ｒ ） ｙ ｓ ｈ ｒ ｇ ｅ
法。 目前 通 用 的 有 限元 分 析 软 件 有 ＡＮＳ 、 ＹＳ
ＮＡＳ Ｒ Ｔ ＡＮ、ＡＤＩ 、ＡＢ ＵＳ和 ＭＡＲ ＮＡ ＡＱ Ｃ
件。 另一 种更 科 学 更严 密 的 设计 规 范分 析 设
析设 计 允许 结 构 内 出现 可 控 制 的局 部 塑 性
变形 ， 允许对峰值应力部位进行有 限寿命设
计。 分析 设计 不 但 有 效 防止 了相关 的失效模
式产 生 ， 而且 还 充 分地 发 挥 了材 料 的 承载潜 计方法， 要求对压力容器进行应力分析和疲 力 。 劳分 析 ， 由于 这 种定 量 分 析 结果 使 结构 趋于 应 力 分 析 的方 法 手 段 一般 有 三 种 ： 解 更合 理 ， 因此 ， 该 规范 设 计 的容 器 ， 以达 析 方 法 ， 值 方 法 和 实 验 应 力 分析 。 析方 用 可 数 解 到较高的应力而并不削弱安全裕度。 法 采 用 弹性 力 学 方 法 ， 过 平 衡 方 程 、 通 几何 近年来， 随着石油化工 、 化工、 医药等领 方程 、 物理方程、 形协 调方程及 边界条件 变 域装 置 大型 化 的趋 势 ， 设备 安 全性 和 轻量 求 得 问题 的解 答 。 对 但上 述 方 程 都是偏 微 分 方 化等 要求 日益提 高 ， 得 分析 设 计 方 法在 压 使 力 容器 设计 中的应用 越 来越普 遍 。
又可把整体分解为筒体、 头、 兰、 封 法 开孔 、
２ 压 力容 器分 析设 计方 法
2 压力容器分析设计概述
第1章压力容器分析设计概述1.1 压力容器基本知识1.2 压力容器设计规范13压力容器分析设计思想1.3 压力容器分析设计思想从业人员要求14压力容器分析设计从业人员要求 1.4 压力容器分析设计从业人员要求1.1压力容器基本知识1.1 压力容器基本知识（1）压力容器定义《特种设备安全监察条例》的第八章“附则”中：压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0．1MPa（表压），且压力与容为最高工作压力大于或者等于（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于2．5MPa·L的气体、液化气体和最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器作温度高于或者等于标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力大于或者等于0．2MPa（表压），且压力与容积的乘积大于或者等于1．0MPa·L的气体、液化气体和标准沸点等于或者低于60℃液体的气瓶；氧舱等。
（2）压力容器分类低压容器（代号L）0.1MPa≤p＜1.6MPa中压容器（代号M） 1.6MPa≤p ＜10MPa16MPa≤高压容器（代号H）10MPa≤p ＜100MPa超高压容器（代号U）p ≥100MPa按《压力容器安全技术监察规程》（99版、09版）：按压力容器安全技术监察规程①第三类压力容器高压容器；中压容器（极度毒性和高度危害）②第二类压力容器中压容器；低压容器（极度毒性和高度危害）③第类压力容器第一类压力容器除第二和第三类外，所有低压容器按《固定式压力容器安全技术监察规程》（09版）第一组介质：第介质毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质；易燃介质；液化气体第二组介质：由除第组以外的介质组成如水蒸气氮气等由除第一组以外的介质组成，如水蒸气、氮气等第类第三类第二类第一组（3）压力容器失效形式强度失效：爆破、过度变形稳定性失效：失稳稳定性失效失稳刚性失效：泄漏疲劳失效：疲劳开裂腐蚀失效：均匀腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀压力容器常规设计计算一般要解决三类问题：强度：在内压作用下不允许产生塑性（永久）变形，是涉及安全的主要问题，如筒体、封头等；刚性：在外力作用（制造、运输、安装与使用）下产生不允刚性在外力作用（制造运输安装与使用）下产生不允许的弹性变形，如法兰（密封）、管板等；稳定性：在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性，如在外压作用下防止突然失去原有形状的稳定性如外压及真空容器。
压力容器的稳定性分析与设计优化
压力容器的稳定性分析与设计优化压力容器是一种能够储存和运输高压介质的设备，广泛应用于石化、化工、能源、医药等众多领域。
然而，由于高压环境下容器受力情况复杂，容器的稳定性问题一直是工程师们关注的焦点。
本文将从压力容器的稳定性分析和设计优化两个方面进行论述，探讨如何在容器设计中降低事故风险，提高运行安全性。
一、压力容器的稳定性分析1. 弯曲稳定性分析在高压环境下，容器会承受来自介质内部以及外部环境的力，容器壁的弯曲稳定性是保证容器不发生变形和破裂的重要因素。
因此，对容器的弯曲稳定性进行分析是容器设计的基础。
首先，需要计算容器在弯曲时的应力和应变分布情况，通过有限元分析等手段，确定容器壁的最大应力点和最大应力值。
然后，结合材料的力学性能，进行强度校核，确保容器能够满足正常使用条件下的强度需求。
2. 局部稳定性分析容器壁的局部几何缺陷或开口可能导致局部应力集中，引发容器的局部失稳或破裂。
因此，在容器设计中需要对局部稳定性进行充分考虑。
针对容器壁的几何缺陷或开口，可以采用应力集中系数和强度减少系数等方法进行评估。
通过计算得到的应力集中系数和强度减少系数，判断局部失稳的可能性，并进行优化设计，降低缺陷处的应力集中程度，提高容器的局部稳定性。
二、压力容器的设计优化1. 材料选择与工艺优化在压力容器的设计过程中，正确选择合适的材料对提高容器的稳定性至关重要。
材料的力学性能、耐腐蚀性能以及可焊接性等因素都应该被考虑。
同时，还需要优化焊接工艺，避免焊缝处的强度降低，以提高容器的整体稳定性。
2. 结构优化与加强设计容器的结构设计对其稳定性具有重要影响。
合理的结构设计可以提高容器的整体刚度，降低容器的应力集中程度，从而提高容器的稳定性。
在结构设计过程中，可以采用有限元分析等先进的计算方法，优化容器的结构，减少质量，提高容器的刚度，从而提高容器的整体稳定性。
3. 考虑温度和压力变化容器在运行过程中，温度和压力的变化会对容器的稳定性产生影响。
压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法
压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法压力容器在石油化工行业的应用非常广泛，通过分析压力容器分析设计的应力分类法与塑性分析法的发展，可以实现压力容器应用前景的扩大，并为其良好运行提供参考意见。
进一步推动压力容器在石油化工行业的应用，有效提高压力容器的经济效益。
标签：压力容器;应力分类法;塑性分析法近年来很多研究学者对压力容器的工作原理、性能等方面进行研究，并取得了显著效果。
以往的压力容器在设计过程中，都是采用薄膜应力的方式进行设计，将其他应力影响包括在安全系数之中。
但是在实际应用过程中，压力容器及承压部件中，除去介质压力所形成的薄膜应力之外，还会受到热胀冷缩变形而导致的温差应力以及局部应力，因此，在进行压力分析设计时，需要利用应力分类法和塑性分析法，才能够明确不同应力对压力容器安全性的影响，从而有效提高压力容器的科学性和合理性。
1应力分类法1.1一次应力一次应力是指压力容器因为受到外载荷的影响，压力容器部件出现剪应力。
一次应力超过材料屈服极限时压力容器就会发生变形破坏。
主要可以分为以下几种情况：第一，总体薄膜应力。
因压力容器受到内压的影响在壳体上出现薄膜应力，总体薄膜应力会在整个壳体上均匀分布，当应力超过材料屈服极限时，壳体壁厚的材料会发生变形。
第二，局部薄膜应力。
是指压力容器的局部范围内，应受到机械载荷或者压力所导致的薄膜应力，其中主要包括支座应力以及力距所形成的薄膜应力。
第三，一次弯曲应力。
由于压力容器受到内压作用的影响，在平板盖中央位置会出现弯曲引力，随着载荷的不断增加，应力会进行重新调整。
1.2二次应力二次应力是指压力容器部件受到约束而出现的剪应力。
二次应力满足变形条件。
例如，在压力容器的半球形封头以及薄壁圆筒的连接位置，由于受到压力容器内压的作用，两者会出现不同的径向位移，因此两者的连接部位会形成相互约束关系，出现变形协调情况。
在这种情况下，连接部位会附加剪力应力，从而形成二次应力。
压力容器分析设计
2 应力特性
2.4 壳体不连续区
2 应力特性
2.4 壳体不连续区
边缘应力的特点： （Ⅰ）边缘局部范围，并非遍及整个容器； （Ⅱ）具有自限性； （Ⅲ）边缘应力中，内力引起均匀分布的正应力，内力 矩引起线性分布的弯曲应力，均匀分布应力的危害大于 线性分布应力的。
2 应力特性
2.5 容器支座区
2 应力特性
1分析设计概述 1.3 与常规设计的规范比较
2 应力特性
2.1 中低压容器
薄膜应力特点：
（Ⅰ）应力值决定于第一曲率半径与第二曲率半径；
（Ⅱ）存在整个壳体，沿壁厚均匀分布； （Ⅲ）与外载平衡，增大载荷，应力增大，无自限； （Ⅳ）承受外压，为薄膜压应力，失稳的临界应力。
1分析设计概述 1.2 分析设计的基本思想 分析设计的主要特点
（Ⅰ）采用塑性失效设计准则； （Ⅱ）进行详细应力分析； （Ⅲ）对不同性质的应力区别对待； （Ⅳ）引入虚拟应力概念。
分析设计的三大环节
（Ⅰ）应力分析：对容器各部位的各种应力进行详细计 算，或对模拟容器的应力进行实验测试； （Ⅱ）应力分类：根据不同应力引起失效的危害程度不 同，进行应力分类； （Ⅲ）应力评定：对不同类型的应力进行分析、组合，形 成当量应力，采用不同的失效准则给予限定。
（3）一次弯曲应力(代号
)
作用于整体结构，由机械载荷引起，沿截面线性分布
3 应力分类
3.2 二次应力（代号 ）
特点：由变形不连续引起，自限性，总体结
构不连续引起的弯曲应力
3.3 峰值应力（代号 ）
特点：由局部结构变形不连续引起，有自限 性，不引起结构明显变形，导致疲劳
4 应力评定
1 应力强度 应力强度：按一定强度理论对复杂应力状态组合为与 单向应力可以比较的当量应力。 具体内涵：按一定标准（强度理论），确定一个与应 力状态无关的应力值（当量应力），认为 一旦达到该应力值，材料就发生破坏。 应力强度 =2×最大剪应力 或
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过渡区或 与筒体连 接处 平 盖 中 心 区
內
压
內
压
与 筒 体 连 接 处
內
压
局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力
PL Q
表4-15 压力容器典型部位的应力分类
接 管 接 管 壁 內 压 一次总体薄膜应力 局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 薄膜应力二次应力 弯曲应力二次应力 峰值应力 Pm PL Q F Q Q F Q F
4.4.2.1 应力分类
一次应力P （3）一次局部薄膜应力PL 在结构不连续区由内压或其它机械载荷产生的薄膜应力和 结构不连续效应产生的薄膜应力统称为一次局部薄膜应力。 作用范围是局部区域 。 具有一些自限性，表现出二次应力的一些特征，从保守 角度考虑，仍将它划为一次应力。
实例：壳体和封头连接处的薄膜应力； 在容器的支座或接管处由外部的力或力矩引起的薄膜应力。
一次总体薄膜应力强度SⅠ；
一次局部薄膜应力强度SⅡ； 一次薄膜（总体或局部）加一次弯曲应力（PL+Pb）强度SⅢ； 一次加二次应力（PL+Pb+Q）强度SⅣ； 峰值应力强度SⅤ（由PL+Pb+Q+F算得）。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤 除峰值应力强度外 ，其余四类应力强度计算步骤为： （1）在所考虑的点上，选取一正交坐标系， 如经向、环向与法向分别用下标x 、q 、z表示， 用x、q和z表示该坐标系中的正应力， txq、txz、tzq表示该坐标系中的剪应力。 （2）计算各种载荷作用下的各应力分量，并根据定义将各 组应力分量分别归入以下的类别：一次总体薄膜应力 Pm；一次局部薄膜应力PL；一次弯曲应力Pb；二次应 力Q；峰值应力F。
4.4.3 应力强度计算
应力强度计算步骤
（3）将各类应力按同种分量分别叠加，得到Pm、PL、PL+Pb 和PL+Pb+Q共四组应力分量，每组有六个。 （4）由每组六个应力分量，计算各自的主应力1、2和3， 取1>2>3。 （5）计算每组的最大主应力差 13=1-3 各组的13即为与Pm、PL、PL+Pb和PL+Pb+Q相对应的 应力强度SⅠ、SⅡ、SⅢ和SⅣ。
什么是应力 分类？
应力对容器强度失效所起作用的大小
（3）应力的作用区域与分布形式。即应力的作用是总体范围还是局部 范围的，沿厚度的分布是均匀的还是线性的或非线性的。 （4）应力的性质。是沿壁厚均布/非均布的拉压应力，还是沿壁厚线性 分布的弯曲应力。
4.4.2.1 应力分类
一次总体薄膜应力Pm
一次应力 压力容器中的应力： 一次应力P
4.4.2.1 应力分类
一次应力P （2）一次弯曲应力Pb 一次弯曲应力是指沿厚度线性分布的应力。它在内、外表 面上大小相等、方向相反 。 由于沿厚度呈线性分布，随外载增大，故内、外表面先进 入屈服，内部材料却仍处于弹性状态。若载荷继续增大， 应力沿厚度的分布将重新调整。因此这种应力对容器强度 失效的危害性没有一次总体薄膜应力那样大 。 典型实例：平封头中部在压力作用下产生的弯曲应力。
4.4.2.2 容器典型部位的应力分类
径向温度梯度产生的热应力沿厚度呈 非线性分布，可将它分为当量线性应 力和非线性分布应力两部分，如图所 示。所谓当量线性应力，是指和实际 应力有相同弯矩的线性分布应力。由 于热应力具有自限性，危害性比一次 应力小，所以分析设计将当量线性应 力划分为二次应力(Q)，而将余下的非 线性分布应力划为峰值应力(F)。
4.4.2.1 应力分类
峰值应力F 局部热应力 解除约束后，不会引起结构显著变形的热应力。 例如： ◆结构上的小热点处（如加热蛇管与容器壳壁连接处） 的热应力； ◆碳素钢容器内壁奥氏体堆焊层或衬里中的热应力； ◆复合钢板中因复层与基体金属线膨胀系数不同而在 复层中引起的热应力； ◆厚壁圆筒中径向温度梯度引起的热应力中的非线性 分量。
4.4.2.1 应力分类
二次应力Q 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起 的正应力或剪应力。二次应力不是由外载荷直接产生的， 其作用不是为平衡外载荷，而是使结构在受载时变形协调。 基本特征 它具有自限性，也就是当局部范围内的材料发生屈服或小 量的塑性流动时，相邻部分之间的变形约束得到缓解而不 再继续发展，应力就自动地限制在一定范围内。
一次弯曲应力Pb 一次局部薄膜应力PL
二次应力
峰值应力
一次应力是指平衡外加机械载荷所必须的应力
必须满足外载荷与内力及内力矩的静力平衡关系，它随外载 荷的增加而增加，不会因达到材料的屈服点而自行限制，一 次应力的基本特征是“非自限性”。
当一次应力超过屈服点时将引起容器总体范围内 的显著变形或破坏，对容器的失效影响最大。
容器部件 圆筒形或 球形壳体 位 置 远离不连 续处的 壳体 应力的起因 內 压 应 力 的 类 型 符号 Pm Q Q Q
一次总体薄膜应力 沿厚度的应力梯度二次 应力
轴向温度梯 薄膜应力二次应力 度 弯曲应力二次应力
与封头或 法兰的 连接处
在接管或 其它开孔 的附近
內
压
局部薄膜应力一次应力 弯曲应力二次应力
峰值应力
厚壁圆筒的应力分类
4.4.3 应力强度计算
应力强度 压力容器各点的应力状态一般为二向或三向应力状态，亦即 复合应力状态。分析设计中采用与最大剪应力准则相对应的 应力强度，其值为该点最大主应力与最小主应力（拉应力为 正值，压应力为负值）之差。
根据各类应力及其组合对容器危害程度的不同， 分析设计标准划分了下列五类基本的应力强度：
4.4.2.1 应力分类
峰值应力F 峰值应力是由局部结构不连续和局部热应力的影响而叠 加到一次加二次应力之上的应力增量，介质温度急剧变 化在器壁或管壁中引起的热应力也归入峰值应力 。 主要的特点 高度的局部性，不引起任何明显的变形。其有害性仅 是可能引起疲劳破坏或脆性断裂。
4.4.2.1 应力分类
4.4.1
分析设计
概述
压力容器分析设计时，必须先进行详细的应力分析，即 通过解析法或数值方法，将各种外载荷或变形约束产生 的应力分别计算出来，然后进行应力分类，再按不同的 设计准则来限制，保证容器在使用期内不发生各种形式 的失效，这就是以应力分析为基础的设计方法，简称分 析设计
分析设计可应用于承受各种载荷、任何结构 形式的压力容器设计，克服了常规设计的不 足。
峰值应力F 局部结构不连续 是指几何形状或材料在很小区域内的不连续，只在很小 范围内引起应力和应变增大，即应力集中，但对结构总 体应力分布和变形没有显著的影响。
结构上的小半径过渡圆角、未熔透、咬边、裂纹等 都会引起应力集中，在这些部位存在峰值应力。 例如，受均匀拉应力作用的平板，若缺口的应力集 中系数为Kt，则F＝（Kt-1）。
4.4.2.1 应力分类
一次应力P 局部的界定 一次总体薄膜应力和一次局部薄膜应力是按薄膜应力沿经线方 向的作用长度来划分的 薄膜应力强度超过1.1Sm的区域沿经 线方向延伸的距离不大于1.0 R 局部应力
一次局部薄膜应力强度超过1.1Sm的两个相邻应 力区之间沿经线方向的间距不得小于 2.5 Rm m 否则应划为一次 总体薄膜应力
4.4.2.1 应力分类
二次应力Q 二次应力的实例： a.总体结构不连续处的弯曲应力。总体结构不连续对结构 总体应力分布和变形有显著的影响。 如：筒体与封头、筒体与法兰、筒体与接管以及不同厚度 筒体连接处。 b.总体热应力。是指解除约束后，会引起结构显著变形的 热应力。 例如：圆筒壳中轴向温度梯度所引起的热应力； 壳体与接管间的温差所引起的热应力； 厚壁圆筒中径向温度梯度引起的当量线性热应力。
4.4.2 压力容器的应力分类
4.4.2.1 应力分类 压力容器应力分类的依据： 取决因素：
（1） 应力产生的原因。即应力是外载荷直接产生的还是在变形协调过 程中产生的，外载荷是机械载荷还是热载荷。 （2）导出应力的方法。是由外载和内力的静力平衡关系导出，还是由 两个连接元件之间或一个元件的不同部分之间的变形协调条件导出。
应力分类小结
一次应力 薄膜应力 弯曲应力 总体薄膜（影响范围遍及全壳） 局部薄膜(原指边缘效应解中的薄膜成份)
Pm PL
Pb
平衡外载荷所必须的;
自限应力
二次应力(由总体结构不连续引起，影响范围为
整个断面或整个厚度）
Q
峰值应力（由局部结构不连续引起，影响范围为
断面或厚度的一小部分）
F
满足变形协调（连续）要求所必须的;
第四章 压力容器设计
பைடு நூலகம்
4.4
分析设计
压力容器设计
常规设计
分析设计
GB150《钢制压力容 器》
JB4732《钢制压力容器 -分析设计准则》
4.4.1
概述
常规设计有 哪些的局限 性?
（1）常规设计将容器承受的“最大载荷”按一次施加的静载荷处理， 不涉及容器的疲劳寿命问题，不考虑热应力。 （2）常规设计以材料力学及弹性力学中的简化模型为基础，确定筒 体与部件中平均应力的大小，只要此值限制在以弹性失效设计准则所 确定的许用应力范围之内，则认为筒体和部件是安全的 （3）常规设计规范中规定了具体的容器结构形式，它无法应用于规 范中未包含的其它容器结构和载荷形式，因此，不利于新型设备的开 发和使用。
膨 胀 差
任何部件
任
意
径向温度梯 当量线性应力二次应力 度 应力分布的非线性部分 峰值应力
4.4.2.2 容器典型部位的应力分类
举例：厚壁圆筒 厚壁圆筒可以看成由无数个同心但半 径不等的“薄壁圆筒”组合而成，在各 “薄壁圆筒”之间存在总体结构不连续。 分析设计认为沿厚度的平均应力是满 足与外载荷的平衡关系所必须的，属 于一次总体薄膜应力(Pm)，而沿厚度 的应力梯度是满足筒壁各层结构连续 所需要的自平衡应力，因此划分为二 次应力(Q)，如图所示